Bài KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG NGHIỆM ĐỊNH LUẬT MALUS DỤNG CỤ : Nguồn phát tia laser bán dẫn; Bản kính phân cực; Thước đo góc 0-3600, độ xác 10 Cảm biến photodiode silicon + ống che sáng; Bộ khuếch đại thị cường độ sáng; Giá quang học I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Theo thuyết điện từ Maxwell, ánh sáng sóng điện từ tức loại sóng ngang, vectơ điện trường E hay gọi vectơ sóng sáng ln dao động theo phương vng góc với phương truyền sáng (tia sáng) Ánh sáng tự nhiên tập hợp vơ số đồn sóng nguyên tử riêng biệt nguồn sáng phát ra, nên vectơ sóng sáng E đồn sóng có phương dao động khác mang tính ngẫu nhiên Vì theo định nghĩa, ánh sáng vectơ sóng sáng E dao động đặn theo phương vng góc với tia sáng gọi ánh sáng tự nhiên Ánh sáng có vectơ sóng sáng E dao động theo phương xác định vng góc với tia sáng gọi ánh sáng phân cực tồn phần (hay gọi ánh sang phân cực thẳng) Mặt phẳng chứa tia sáng phương dao động vectơ sóng sáng E gọi mặt phẳng dao động Mặt phẳng chứa tia sáng vng góc với mặt phẳng dao động gọi mặt phẳng phân cực Có thể tạo ánh sáng phân cực phẳng cách cho ánh sáng tự nhiên truyền qua phân cực (pôlarôit hêrapatit) Thực nghiệm chứng tỏ ánh sáng tự nhiên, sau truyền qua phân cực, trở thành ánh sáng phân cực thẳng, có vectơ sóng sáng E dao động theo phương song song với quang trục Q phân cực Nếu ánh sáng truyền tới phân cực ánh sáng phân cực thẳng có vectơ sóng sáng E nghiêng góc α so với quang trục Q này, có thành phần E1 song song với quang trục Q truyền qua bản, thành phần E2 vng góc với quang trục Q bị cản lại Dễ dàng nhận thấy : E1 = E cos α Vì cường độ sáng tỷ lệ thuận với bình phương biên độ vectơ sóng sáng, nên E0 biên độ vectơ sóng sáng E I0 = ( E0 ) cường độ sáng ánh sáng phân cực thẳng truyền tới phân cực, biên độ thành phần vectơ sóng sáng E1 truyền qua phân cực E 01 = E cos α cường độ sáng I1 phía sau phân cực : I1 = ( E01 ) = ( E cos α ) hay I1 = I0 cos2 α (1) Đây công thức định luật Malus phân cực ánh sáng Rõ ràng, α =0 cos α =1 cường độ sáng sau kính phân cực đạt cực đại I1max= I0 ; α = 900 cos α = : cường độ sáng sau kính phân cực cực tiểu I1min= II TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM Quan sát thiết bị thí nghiệm: gồm diode laser DL (3,8V - mW) phát chùm tia laser màu đỏ chiếu vng góc vào tâm mặt phân cực P Một thước tròn T (được chia độ từ ÷ 3600) gắn chặt với phân cực P dùng đo góc α phương vectơ sóng sáng E truyền tới phân cực P quang trục Q Để khảo sát thay đổi cường độ ánh sáng phân cực sau truyền qua phân cực P, ta dùng cảm biến quang điện silicon QĐ đặt bên ống che sáng Tín hiệu laser truyền qua kính phân cực tới rọi vào cảm biến quang điện silicon QĐ đưa vào khuếch đại thị cường độ sáng KĐ nhờ chốt cắm C Tồn thiết bị thí nghiệm đặt giá quang học G Cắm phích lấy điện khuếch đại thị cường độ sáng KĐ vào nguồn điện ~ 220V Chọn thang đo 1,5mV Vặn núm biến trở R vị trí tận bên trái Bấm khóa đóng điện K mặt khuếch đại KĐ: đèn tín hiệu LED phát sáng Nới lỏng vít hãm V quay ống chắn sáng cảm biến quang điện QĐ để trục khơng qua tâm phân cực P Chờ khoảng phút để khuếch đại KĐ ổn định, thực việc điều chỉnh vị trí số milivonkế điện-tử Nếu kim điện kế không số phải vặn từ từ núm "qui 0" kim thị quay trở số Chú ý: Sau điều chỉnh xong, phải giữ nguyên vị trí núm "qui 0" suốt thời gian làm thí nghiệm Cắm phích lấy điện nguồn nuôi diode laser DL vào nguồn điện xoay chiều ~220V Bật công tắc K diode laser DL, ta nhận chùm tia sáng laser màu đỏ Điều chỉnh để chùm tia sáng laser phát từ cửa sổ diode laser DL qua tâm phân cực P chiếu vào tâm vít V cách quay ống chắn sáng cảm biến quang điện QĐ để trục qua tâm phân cực P Khi giữ nguyên độ cao cảm biến quang điện QĐ chùm tia laser rọi thẳng vào cảm biến quang điện QĐ Quay thước tròn chia độ T kim điện kế đạt độ lệch lớn Vặn núm biến trở R khuếch đại cho độ lệch lớn khoảng 100, giá trị ứng với góc α = bảng Đọc ghi giá trị góc ban đầu thước tròn chia độ T phân cực P Tiếp tục quay thước tròn chia độ T để tăng góc α (mỗi lần tăng 50) từ giá trị ban đầu đến giá trị α = 900 Đọc ghi giá trị tương ứng góc α cường độ sáng I1 (tỷ lệ với giá trị microvônkế ) lần đo vào bảng Đọc ghi số liệu sau vào bảng 1: - Độ chia nhỏ thước tròn chia độ T - Độ chia nhỏ thang đo 100 micrôvônkế điện tử Dựa vào giá trị đo cường độ sáng I1 góc quay α tương ứng bảng 1, vẽ đồ thị biểu diễn hàm số: I1 = f ( X ) với X = cos α X = cos2 α (3) Chú ý : Cần kiểm tra xác vị trí mà cường độ sáng đạt cực đại cực tiểu cách lân cận hai phía vị trí (trong giới hạn ± 50) thay đổi lần 10 góc quay α đọc giá trị cường độ sáng I1 tương ứng Từ xác định xác vị trí mặt phẳng phân cc ca chựm tia laser Chọn formula điền công thức Khởi động chơng trình máy mối liên hệ đại lợng với tính: đại lợng cũ: Trong “Start” chän UA1/0.45*150 “Program” vµ chän “Cassy Lab”, Điền symbol: I Unit: Cd nhấp đúp chuột vào UA1, chọn From: To: 150 -10V *Khai b¸o cosx Cưa sæ “input setting” chän Chän “new quantity” “Averagd Valuse”, “left” Trong hép “select quantity” Cưa sỉ Measing parametes chän ®iỊn vào tên đại lợng cosx Manual Chọn formula điền công thức Nhấp đúp chuột vào UB1, chọn mối liên hệ đại lợng với -10V đại lỵng cò: Cưa sỉ “input setting” chän cos((n-1)*5) “Averagd Valuse”, “left” Điền “symbol”: cosx Unit: Cưa sỉ Measing parametes chọn From: To: 1.5 Manual *Chọn hiển thị đồ thị I Cài đặt trục tọa độ, cosx hoành độ biểu thị cos , tung độ Trong “setting” chän ‘display” biĨu thÞ cường độ sáng I Chọn new display Muốn cài đặt trục tọa độ th× Trong hép “select display” ghi cđa sỉ “setting” chọn tên đồ thị I cosx parameter Formula FFT Trong X – Axis chän cosx vµ Y – * Khai báo cờng độ sỏng I: Axis chọn I Chọn new quantity Trong hộp select quantity điền vào tên đại lợng I Sau bấm F9 để bắt đầu đo, với lần dịch chuyển thc o , bÊm F9 Để máy tính vẽ đồ thị cường độ sáng tỷ lệ với cos 2x th× chọn trục X – Axis cos2x, máy tính vẽ đồ thị cường độ sáng tỷ lệ với cos2x III CÂU HỎI KIỂM TRA Phân biệt ánh sáng tự nhiên ánh sáng phân cực phần, toàn phần Hiện tượng phân cực chúng tỏ chất ánh sáng? Ánh sáng sóng ngang hay sóng dọc? Tại sao? Định nghĩa kính phân cực Giải thích chùm tia laser truyền qua phân cực P cường độ sáng I phía sau phân cực P lại thay đổi phụ thuộc vào góc α vectơ sóng sáng E truyền tới phân cực P quang trục Q Viết biểu thức định luật Malus phân cực ánh sáng giải thích đại lượng biểu thức Hãy dùng vecto sóng sáng E để dẫn đến biểu thức Nêu nguyên lý đo cường độ sáng thí nghiệm? Thí nghiệm rút điều ánh sáng laser? BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT SỰ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG NGHIỆM ĐỊNH LUẬT MALUS Xác nhận thày giáo Trường Lớp Tổ Họ tên I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM II KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - Giá trị độ chia nhỏ thước đo góc T : - Giá trị độ chia nhỏ milivônkế mV : α 10 15 20 25 30 35 40 45 I cosα cos2α α 50 55 60 65 70 75 80 85 90 I cosα cos2α Vẽ đồ thị I = f ( X ) với X = cosα X = cos2α rút kết luận: ... tượng phân cực chúng tỏ chất ánh sáng? Ánh sáng sóng ngang hay sóng dọc? Tại sao? Định nghĩa kính phân cực Giải thích chùm tia laser truyền qua phân cực P cường độ sáng I phía sau phân cực P... vectơ sóng sáng E truyền tới phân cực P quang trục Q Để khảo sát thay đổi cường độ ánh sáng phân cực sau truyền qua phân cực P, ta dùng cảm biến quang điện silicon QĐ đặt bên ống che sáng Tín hiệu... biểu thức Nêu nguyên lý đo cường độ sáng thí nghiệm? Thí nghiệm rút điều ánh sáng laser? BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT SỰ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG NGHIỆM ĐỊNH LUẬT MALUS Xác nhận thày giáo Trường